单片机的湿度测量设计
摘 要本课题选用了“基于STC89C51单片机的湿度测量控制系统”作为研究对象，选用了宏晶公司推出的STC89C51单片机作为核心部件，设计了一个能够实现 功能的智能系统。这款控制系统的实现主要依靠了51单片机强大的控制作用，通过输入输出各种形式的电平信号来对DHT11湿度检测传感器、继电器以及液晶屏等模块的控制，从而将各模块的功能融为一体。本文在硬件和软件两个层面上对湿度测量控制系统进行了分别设计，在软件上通过原理图以及在软件上通过流程图的形式对整个控制系统的设计思路以及设计过程进行了阐述。经过了大量的测试和验证，本文所设计的系统能够达到很高的性能指标，非常适合将其推向湿度测量系统的市场之中，并且具有取代现有相关产品的实力。
目录
一、 引言 1
（一） 湿度测量系统发展背景介绍 1
（二） 湿度控制系统国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） DHT11湿度传感器 5
（四） LCD1602液晶显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 湿度测量系统的硬件结构框图设计 7
（二） STC89C51单片机最小系统设计 7
1. 晶振电路设计 7
2. 复位电路设计 8
（三） DHT11湿度传感器电路设计 8
（四） 液晶显示器电路设计 9
（五） 蜂鸣器报警电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 湿度测量系统的软件工作流程设计 11
（二） DHT11湿度传感器工作流程设计 11
（三） 液晶显示器工作流程设计 12
五、 实物调试与安装 14
（一） 实物制作与安装 14
（二） 问题总结 15
总 结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB 20
附录三
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
元件列表 21
附录四 程序 22
引言
湿度测量系统发展背景介绍
所谓的“湿度检测系统”是指湿度检测系统内部被植入了一定程度的控制系统，它已经不再是传统意义上的湿度检测系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现对环境中的湿度识别和检测检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，实现对周围环境中的湿度控制、加湿以及除湿等，这在很大程度上颠覆了人们对于湿度检测系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能湿度检测系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能湿度检测系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能湿度检测系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能湿度检测系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成湿度传感器、铂电阻传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能湿度检测系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对湿度控制系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的湿度调节速度来打破传统的湿度检测系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能湿度检测系统控制系统是非常必要的。
湿度控制系统国内外发展现状
目前国内外对于智能湿度检测系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能湿度检测系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能湿度检测系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.1RH%精度的湿度检测系统，如此高的检测精度已经突破了现有的湿度检测系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能湿度检测系统控制系统，但是距离千分之一的检测精度指标还有一小段距离。
本文主要研究内容
本文从多个角度对湿度测量控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述，下面为本课题所设计系统将要实现的功能指标：
1、能够实现对环境周围湿度的实时、快速、准确测量；
2、测量精度能够达到1%；
3、具有超值报警功能，并且湿度报警阀值可通过按键进行设置；
4、具有显示功能，尽可能多的显示系统中的重要参数；
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国宏晶公司推出的STC89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
目录
一、 引言 1
（一） 湿度测量系统发展背景介绍 1
（二） 湿度控制系统国内外发展现状 1
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 控制芯片的选取 3
（二） STC89C51单片机简介 4
（三） DHT11湿度传感器 5
（四） LCD1602液晶显示器介绍 5
三、 硬件系统设计 7
（一） 湿度测量系统的硬件结构框图设计 7
（二） STC89C51单片机最小系统设计 7
1. 晶振电路设计 7
2. 复位电路设计 8
（三） DHT11湿度传感器电路设计 8
（四） 液晶显示器电路设计 9
（五） 蜂鸣器报警电路设计 9
四、 软件系统设计 11
（一） 湿度测量系统的软件工作流程设计 11
（二） DHT11湿度传感器工作流程设计 11
（三） 液晶显示器工作流程设计 12
五、 实物调试与安装 14
（一） 实物制作与安装 14
（二） 问题总结 15
总 结 16
参考文献 17
致 谢 18
附录一 原理图 19
附录二 PCB 20
附录三
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
元件列表 21
附录四 程序 22
引言
湿度测量系统发展背景介绍
所谓的“湿度检测系统”是指湿度检测系统内部被植入了一定程度的控制系统，它已经不再是传统意义上的湿度检测系统了，设计人员将程序代码嵌入到其内部的智能控制芯片中，通过控制芯片对传感器、驱动器的操作，从而实现系统的自动运行，实现对环境中的湿度识别和检测检测、显示、报警或者其他无线通信等功能，实现对周围环境中的湿度控制、加湿以及除湿等，这在很大程度上颠覆了人们对于湿度检测系统的想象，它的出现是人类社会进入智能时代或者芯时代的一个典型特征，本文将对这种智能湿度检测系统控制系统的发展背景、国内外发展现状以及本文设计内容做详细介绍。智能湿度检测系统的出现得益于半导体技术的飞速发展与成熟，在半导体技术成熟之前，无论是模拟电子技术还是数字电子技术，都只能停留在理论阶段，很多中设想都得不到实现，因此电子技术长时间停留在举足不前的状态。随着二十世纪中期人类对硅锗等半导体特性特性的发现，科学家迅速意识到该发现将在很快的时间内将人类社会带入一个崭新的时代，果然如科学家所料，许许多多的半导体器件很快出现在人类社会的各个角落，将这种半导体器件应用在许多已存的电子线路中，科学家发现有了半导体器件的加入，电子线路已经不仅仅是普通的电子线路了，它具有了许许多多不可思议的特性，如对电压、电流的放大、衰减、单向导通等，这些特性的实现使得许多电子线路出现了很多“智能特性”。本文介绍的这种智能湿度检测系统也得益于半导体器件的出现，通常这种智能系统中的核心部件是一种被称为单片机、DSP、ARM或者FPGA等控制器的芯片，这写芯片在外型上通常有数十个甚至上百个引脚，芯片内部电路通过对这些引脚的高低电平变换，从而实现负责的控制功能，智能湿度检测系统就是通过这个特性实现的——主控芯片通过输入输出不同的高低电平或者连续变化的电压，来改变芯片外部模块的状态，如集成湿度传感器、铂电阻传感器、红外探头、显示器、报警器以及无线数据收发模块等，通过这些模块的有序配合，从而实现了我们所说的智能系统。智能湿度检测系统的出现在一定程度上推进了人类社会前进的脚步，它在一定程度上突破了人们对湿度控制系统的想象，通过实现无线数据收发、控制等新型功能或者极快的湿度调节速度来打破传统的湿度检测系统，因此设计出性能更高、功能更强的智能湿度检测系统控制系统是非常必要的。
湿度控制系统国内外发展现状
目前国内外对于智能湿度检测系统的研究可谓是处于一种如火如奈的状态，许许多多国内外的研究所、企业机构以及高校实验室都有对于智能湿度检测系统的研究小组，这不仅仅体现了人们对于智能概念的向往和“痴迷”，更体现了智能湿度检测系统带给人类社会的便利和“财富”。前不久美国加州大学的一个实验小组向世界宣布了他们的最新研究成果——能够实现精度达到0.1RH%精度的湿度检测系统，如此高的检测精度已经突破了现有的湿度检测系统所能实现的性能指标，将其应用在航空航天领域，能够大大促进人类的科学发展脚步；在国内，东部沿海高校也推出了类似的智能湿度检测系统控制系统，但是距离千分之一的检测精度指标还有一小段距离。
本文主要研究内容
本文从多个角度对湿度测量控制系统进行了描述和展现，首先将这种系统的起源发展背景以及目前国内外企业、高校的研究成果现状进行了探讨和阐述，并分析研究了目前这种控制系统投入市场后所存在的普遍缺点；论文第二章紧接着对控制系统的总体结构框架进行了设计，选取了相应的元器件及模块，以便下文对软硬件系统进行设计；第三和第四两章着重对本次所设计的控制系统的硬件以及软件系统进行了设计，并对设计过程以及设计原理进行了详细描述，下面为本课题所设计系统将要实现的功能指标：
1、能够实现对环境周围湿度的实时、快速、准确测量；
2、测量精度能够达到1%；
3、具有超值报警功能，并且湿度报警阀值可通过按键进行设置；
4、具有显示功能，尽可能多的显示系统中的重要参数；
方案选择及元器件介绍
控制芯片的选取
本章主要进行系统控制芯片的选取和各器件的相关介绍，首先我从大学期间接触过的几款单片机中选取了两款进行了细致的比较和考核，最终决定从这两款单片机中选择其中一个作为本次毕业设计的主控单片机，第一款单片机是我大三学习过程中接触到的一款高性能单片机STM32，其内核架构采用了M3系列的ARM，该单片机由意法半导体公司推出，是一款典型的32位微处理器，其中我对F103Z系列有过一段短暂的学习和使用经历；第二款单片机是美国宏晶公司推出的STC89C51单片机，对于这款芯片我已经有了近三年的学习经验。
如果采用STM32单片机作为本文的主控单片机，那么将带来三大方面的优势，首先最主要的是STM32单片机内部采用了高稳定度的PLL（锁相环）技术，这使得它能够在外部施加较低振荡频率的晶振时，就能够以80M以上的主频进行稳定工作，其中PLL能够使得外部晶振输出的频率进行倍频，并且倍数能够灵活的通过软件进行控制，如此高的主频配合了其32位数据处理宽度的特性，使得STM32在做一些中高速的数字信号处理时能够表现出非常高的灵活度和精确度，该单片机在一定程度上代表了当前单片机世界的最高水平；第二大优势是其内部丰富的资源模块，就以我熟悉的F103Z型号单片机来说，其内部具有数十路高速AD采样通道，同时内部集成了一个内置的温度采集模块，另外高性能多用途的UART、CAN以及SPI等常用接口也被集成在同一片内，如果将STM32应用于本系统，能够大大地降低系统的外形体积以及相关模块的消耗，并且对于电路的构建也能够带来相当大的便利；第三大优势要说到它的学习资料丰富性，由于STM32单片机目前代表着单片机的先进水平，因此国内外学习者众多，因此无论是还是网络上，都能够找到其各方面的开发资料，非常有利于本毕业设计的成功完成，下图为STM32单片机的外形图。
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